宇宙(zhòu)是“人为制造(zào)”的？为(wèi)何会(huì)存在科学(xué)无法解(jiě)释的“暗物质”？暗物质又(yòu)究竟是什么？人类为了(le)寻(xún)找暗物质存在(zài)的证据，科学家们在(zài)过去的(de)几十年当中进(jìn)行(xíng)了超过50次的长期实验，但是却没(méi)有发现(xiàn)任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自(zì)然哲(zhé)学数学原理一书(shū)中(zhōng)，埃萨克牛顿发表了(le)万有引力定律，它揭(jiē)示了(le)宇宙中天体运(yùn)动(dòng)的规(guī)律。往后(hòu)的几(jǐ)百年来，当(dāng)天文学家们发现(xiàn)某些天体运行轨道出现异常，不符(fú)合万有引力(lì)定律的时(shí)候，他们就会知(zhī)道(dào)，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它的轨道(dào)。比如在1846年，奥本勒维耶就通过天(tiān)王星(xīng)运(yùn)行轨道的异常，推算(suàn)并(bìng)且发现了海(hǎi)王(wáng)星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥(míng)王星的(de)发现都是应用万有引(yǐn)力定(dìng)律所取得(dé)重大天文成就的例子。但是这些发现都是在恒(héng)星系统的尺度当中，可当我们(men)上升到星系(xì)或(huò)者是(shì)星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理(lǐ)学家(jiā)弗里(lǐ)茨兹(zī)威基正在研究(jiū)和(hé)测量后发(fā)星系团的(de)质量(liàng)。这是(shì)一个(gè)由数(shù)千个星(xīng)系所组成的巨大星(xīng)系(xì)团，这些星系被引(yǐn)力束(shù)缚在一(yī)起。测量星系(xì)团的质量(liàng)一般会使用到两种方法，当两种方法结果(guǒ)一(yī)致，就可以确(què)定其质量的范围(wéi)。

第(dì)一种(zhǒng)是获得(dé)其"光度(dù)学的质量"，需要的数据(jù)是测(cè)量各个星(xīng)系(xì)的光度。

第二种是动力学质量的计算，是利用光谱红移(yí)测量星系团中的(de)各个星系相对于星系团的运(yùn)动速度。当(dāng)测量结果出来之后(hòu)，兹威(wēi)基(jī)彻底(dǐ)懵了，“动力(lì)学(xué)质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团有(yǒu)99%的(de)质(zhì)量消失了(le)，或(huò)者说这(zhè)99%的质量并不以可见光(guāng)的(de)形式所存在(zài)，我们无(wú)法看到。最(zuì)诡异的是，在测量速度的(de)过程中(zhōng)，兹(zī)威(wēi)基发现(xiàn)星系团(tuán)中很多星系的速度比理论上要快得多，按照牛顿的运动(dòng)学定(dìng)律，仅靠这些可见星系(xì)的质量所产(chǎn)生(shēng)的引力是无(wú)法将(jiāng)它们束缚在星系团内的，它们早(zǎo)就应该被抛(pāo)出星(xīng)系团(tuán)之外了，除(chú)非有(yǒu)一种神(shén)秘的力量在(zài)起作用，这种力量来源(yuán)于某(mǒu)种(zhǒng)隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基(jī)提出(chū)了这(zhè)样部分不可见的暗(àn)质，它(tā)不发(fā)散光、吸光、反射光，但是它们却(què)占据着宇宙中绝大(dà)部分的质量。只是当(dāng)时的人(rén)们(men)对这(zhè)样的一种说法不(bù)屑一顾。

直(zhí)到(dào)40年之后(hòu)，“暗物质”这(zhè)个词才(cái)再一(yī)次出现。天诸事顺遂下一句是什么意思，最吉祥的八个字句子文学家维拉鲁宾和肯特福特在观(guān)测仙女座(zuò)星系中的恒星(xīng)运动。理(lǐ)论上来说，距离(lí)中(zhōng)心越远的(de)恒星在(zài)其轨道上的运行速度就(jiù)会越慢。但是他们观测的结果却让人(rén)感到不可思议。

随着与中心距离的(de)增加(jiā)，恒星的旋转速(sù)度几乎保(bǎo)持(chí)不变。可是(shì)根据牛顿的万有引力定律，在星(xīng)系(xì)当中如果没有足(zú)够大的质量来吸引它(tā)们，这些外围的恒星早就被甩到(dào)宇宙当中了。基于(yú)这种现象(xiàng)，科学家(jiā)们会使用一种相对标(biāo)准的方法来解释暗(àn)物质的存在，这种方法就是测量星(xīng)系当(dāng)中气体在(zài)X轴上距离星系中心的(de)距离，以及在Y轴(zhóu)上气体的旋转速度(dù)。如果出现异常的(de)结果，就认(rèn)为是由暗(àn)物(wù)质的力量进入其中(zhōng)。

于是科学家们通过射电望远镜测量了(le)距离星(xīng)系(xì)中(zhōng)心更远距(jù)离的氢(qīng)元(yuán)素，发现它们(men)的旋(xuán)转速度并不符合牛顿的力(lì)学定律。我们(men)的太阳(yáng)系也不(bù)例(lì)外，太阳系位于(yú)银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有引力定律进行计算(suàn)，太阳系的(de)运行速(sù)度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以(yǐ)220千(qiān)米/秒的速度围绕(rào)银河(hé)系旋(xuán)转，这个实(shí)际(jì)速度远远大于理(lǐ)论(lùn)速度，那么产生(shēng)以(yǐ)上这种向心加(jiā)速度的原(yuán)因(yīn)很可能就是存在着一种(zhǒng)我们看(kàn)不到的物质，是(shì)这些(xiē)暗物(wù)质的(de)引(yǐn)力效应将星系(xì)聚集(jí)在了一起(qǐ)。

也是从这时(shí)开始(shǐ)，越来越多(duō)的研究(jiū)人员开始相(xiāng)信暗物质(zhì)的存(cún)在(zài)。科学家根据(jù)星系外恒星(xīng)轨(guǐ)道(dào)的(de)速度，估算在(zài)星系当中暗物质的质(zhì)量(liàng)占整个(gè)星系质量的(de)85%。但是，暗物质并不是(shì)唯一可以解释(shì)这个现象的(de)原因。在一项(xiàng)新的(de)研究(jiū)当中，科学家们发(fā)现，几乎(hū)没有引力效(xiào)应的(de)遥远恒(héng)星之间，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家(jiā)还发现了一个反(fǎn)常的(de)星系(xì)，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿(yì)光年，大(dà)小(xiǎo)和银河系不多，但是(shì)星系当中存在(zài)的恒星数量却只有银河系(xì)的(de)千分之一。

所以在理论(lùn)上，该(gāi)星系必须存在暗(àn)物质，否则就会分(fēn)崩离析(xī)。但是(shì)科学(xué)家们使用最先进的望(wàng)远镜(jìng)对其进行了(le)40个小(xiǎo)时的详(xiáng)细测量之(zhī)后，发(fā)现星(xīng)系(xì)中的恒星运(yùn)动是可以用正常的物质和力学定律(lǜ)来解释(shì)的。那(nà)么(me)又有人(rén)提出，也许该星系(xì)的暗(àn)物质，已(yǐ)经被附近的另(lìng)一个大星系(xì)剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在。造成这些现象的除了暗物质的假(jiǎ)说(shuō)之外(wài)，另一种可能就是人类对引力的理解还不够全面，引力很(hěn)可能在(zài)不同尺度空间中(zhōng)的工(gōng)作方式(shì)是不(bù)同(tóng)的，这意味着在行星系尺度中的天体(tǐ)会沿(yán)着(zhe)它们的轨道，按照(zhào)我们所理解的方式(shì)运(yùn)动。但是上升到星系和(hé)星团的尺度(dù)，引力之间(jiān)的(de)相(xiāng)互作用则是不同(tóng)的方式。对于在星系团之(zhī)间的相互作(zuò)用，科学家还(hái)引入(rù)了外部场效应的概念，指的(de)是在(zài)数百万光(guāng)年的规模(mó)上，巨大(dà)的(de)质(zhì)量(liàng)之间会产生对(duì)彼此特殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意味着我(wǒ)们需要对现在的物理(lǐ)定(dìng)律进(jìn)行修正，这些发(fā)现也(yě)让很多人认为暗物质假(jiǎ)说理(lǐ)论就此终结。但(dàn)是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物质存在的其他的(de)理论证据，这些理论(lùn)证据是蒙德理论所没法解(jiě)释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光年(nián)的子弹星系团(tuán)，由两(liǎng)个碰撞(zhuàng)的星系团(tuán)所组成，类似(shì)这(zhè)样(yàng)的星(xīng)团，它们大部分的普通质量都(dōu)在星(xīng)系(xì)的气体当中。当(dāng)星(xīng)团以(yǐ)1000万公里/小(xiǎo)时(shí)发生碰撞的时候(hòu)，星际(jì)气体(tǐ)的相互(hù)作用就会导(dǎo)致温度的(de)急剧升(shēng)高(gāo)，速度大幅降低。所以在理论(lùn)上，在碰(pèng)撞之(zhī)后，子(zi)弹星系团大部分的质量将位(wèi)于所有(yǒu)这些气体所(suǒ)在的中间区域。那么我们通过什(shén)么来验证它的质(zhì)量区域到底是(shì)不是集中在(zài)中间(jiān)呢？前不久，詹姆(mǔ)斯韦(wéi)伯太空望(wàng)远(yuǎn)镜传回了宇宙当中第一(yī)张全彩(cǎi)的高(gāo)清(qīng)照片，在照片中(zhōng)我们(men)可以明显(xiǎn)地看到很多星(xīng)系(xì)似(shì)乎被拉伸产(chǎn)生了巨大的(de)形变。其实这(zhè)些星系本身并(bìng)不是真的被扭(niǔ)曲了，也(yě)不是(shì)韦伯望远镜出了什(shén)么问题，而是(shì)这样极遥远(yuǎn)的天体和(hé)我(wǒ)们地球上的观测者之(zhī)间(jiān)。被一个质量(liàng)超级巨大的天体遮挡，这个超(chāo)大质(zhì)量的东西(xī)的引(yǐn)力，会使身后更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的天体可能(néng)是超大质量的黑洞或(huò)者是暗物质。

所以当人们对子(zi)弹星(xīng)系团(tuán)观测的时候(hòu)，发现它的大质量区域并不(bù)是在中间，而(ér)是在两侧。所以最(zuì)好的解释(shì)方法就是当星团发生全部的(de)碰(pèng)撞时，可(kě)被观测到的(de)质(zhì)量气体被卡在(zài)了(le)中间，暗(àn)物质则(zé)直接通过了这个区域，并(bìng)在两边(biān)形成了引力透镜。对子弹星(xīng)系团的(de)引力透镜研究(jiū)也被(bèi)认为是暗物质(zhì)存在的迄今为止(zhǐ)最好的理论(lùn)证据。

除此之(zhī)外，还(hái)有来自宇宙当(dāng)中最古老(lǎo)的光。从宇宙大(dà)爆炸开(kāi)始，38万年之(zhī)后，可(kě)见光终于可(kě)以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当(dāng)中了。经过了130多(duō)亿年之后，这些光在(zài)宇宙空间背景上留下了各相同性的微波(bō)辐射。其中红色(sè)的部分表示温度较高的(de)区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区域(yù)，但实际上它们之(zhī)间的温(wēn)差只有万分(fēn)之一。

科学家们通过对前景背景分离后的(de)二值(zhí)图像进(jìn)行连通(tōng)域提(tí)取和标记(jì)之后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形(xíng)看起来不(bù)应该是这样(yàng)的，而(ér)随(suí)着暗物质的增加，一些峰值的幅度会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配(pèi)宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量值，我们(men)需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字(zì)与解释(shì)星系当中恒星(xīng)运动(dòng)所需要的暗(àn)物质比例是一(yī)致的(de)。这就意味着。

用了一个(gè)简单的(de)理论框架(jià)，就很好地解释了很多不同的观(guān)测结果。而(ér)暗物(wù)质的本(běn)质就是宇(yǔ)宙当中(zhōng)存在着某种(zhǒng)类(lèi)型的粒子，它们(men)不参与任何其(qí)他的电磁作用，只(zhǐ)通过(guò)引(yǐn)力来相互作用(yòng)。所(suǒ)以如果能够找(zhǎo)到这种(zhǒng)粒子的存在，就相(xiāng)当于找到了暗(àn)物质存在(zài)的实(shí)际证据。这种粒(lì)子到(dào)底是什么？科学家们已经提出了数(shù)十种的假想(xiǎng)目标，而要寻(xún)找这些不同(tóng)的(de)目标粒子(zi)所需要的实(shí)验方(fāng)式也不(bù)相同(tóng)。在(zài)过去(qù)的几十年(nián)当中，人类为了寻(xún)找这些看不(bù)见、摸(mō)不到，几乎不会与常规物质相互作用的“暗物(wù)质”，科学家们已(yǐ)经进(jìn)行了超过50次(cì)的实验，却(què)没有(yǒu)任何实质(zhì)性(xìng)的(de)发现(xiàn)，除了一个地方(fāng)，意(yì)大利的格兰萨索(suǒ)山，隶(lì)属于(yú)阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中，藏着地球(qiú)上最大(dà)的地学(xué)实验(yàn)室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探测器，一直致(zhì)力于(yú)寻找暗物质粒子的(de)周期性震荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观(guān)测到了某种(zhǒng)信(xìn)号。经过了20多(duō)年的数据收集，人(rén)们发现了一(yī)个有趣的事情。探测率会在每(měi)年(nián)的(de)6月份达(dá)到峰值，然后(hòu)在11月降(jiàng)到最低，而且在20年当中每年都是一样。一些科学家认(rèn)为这可(kě)能是(shì)人类发(fā)现暗物质的(de)第(dì)一(yī)个(gè)直接证据。

但是为什么暗物(wù)质会产(chǎn)生周期(qī)性的年(nián)度(dù)信号呢(ne)？刚才我(wǒ)们(men)讲了太阳(yáng)系正(zhèng)在以220公(gōng)里/秒的速度围(wéi)绕着(zhe)银(yín)河(hé)系进(jìn)行移动(dòng)，那(nà)么(me)如果暗物质存在(zài)宇宙当(dāng)中，这意味着我们(men)也在(zài)以(yǐ)这样的速度在穿越着暗物质(zhì)流，这个(gè)过程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时地球又(yòu)以30公里/秒的速度(dù)围(wéi)绕太阳(yáng)进行(xíng)旋转。所(suǒ)以(yǐ)有半(bàn)年的(de)时(shí)间，地球围绕太阳(yáng)的方向与太(tài)阳环绕银(yín)河系(xì)的(de)方向是一致的，而另(lìng)外半年则与之相反。

而在6月份的时候(hòu)，地(dì)球与太阳(yáng)的(de)方向正好达到完全一(yī)致，这是理论上地(dì)球穿越暗物质流最快的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相(xiāng)对银河系的平(píng)面呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响这个理论的(de)有效性(xìng)。

因此科学(xué)家认为这可以用(yòng)来解(jiě)释，研究人(rén)员(yuán)们所观(guān)测到的周期性信(xìn)号(hào)。当然也可能有(yǒu)其他的情况(kuàng)，造成这种年度(dù)周期信号的差异也可能(néng)是温度、湿度、土壤(rǎng)中的(de)水分、高山(shān)上的(de)积雪，甚至连意大利游客(kè)的数量也(yě)符(fú)合这个(gè)周(zhōu)期的规律。

所以，科学家们又(yòu)在南半球建立了一个几乎相同的实验室，这里的季(jì)节与(yǔ)之前(qián)的(de)实验(yàn)室正好相(xiāng)反，而(ér)在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运动特征(zhēng)和第一个(gè)实验室(shì)是一样(yàng)的。

因(yīn)此，如果在(zài)这里可以得到相同的信号，就可以(yǐ)成为暗物(wù)质所存(cún)在的(de)非常(cháng)有(yǒu)力的证据(jù)了。但是(shì)由于这(zhè)个实验室(shì)刚刚建成不久，所以截至目前(qián)还无法提供(gōng)相应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，NASA将会(huì)发射(shè)一(yī)台新的望远镜，这台太(tài)空望(wàng)远(yuǎn)镜叫做“南希格雷(léi)斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈(hā)勃(bó)望远镜相同，但它的(de)宽(kuān)视场仪器提(tí)供的视野是哈勃红外仪器的100倍。南希格雷斯罗(luó)曼(màn)太(tài)空(kōng)望(wàng)远镜其中一个关键的用途就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目(mù)以待了(le)。费米实验室(shì)粒子天(tiān)体物理(lǐ)中(zhōng)心的科学家(jiā)丹琥珀(pò)和贾森(sēn)斯特芬研究(jiū)发现，如果暗物质存在，它们极有可能拥有另一(yī)种神秘的效应，这种暗(àn)物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生命的诞生，或(huò)者说是(shì)生命(mìng)进化(huà)的一个重(zhòng)要因素(sù)。

如果这一理论得到(dào)进一步的证实(shí)，那么遍布宇(yǔ)宙当中的暗物(wù)质会不会意味着人类(lèi)并不孤单呢(ne)？或许在(zài)宇宙当中某(mǒu)个(gè)角落的行星上，暗物质正在通过这样的效(xiào)应(yīng)创造生命(mìng)。当(dāng)然(rán)，这些推论的大前(qián)提是要先找到暗物(wù)质存在(zài)的实际证据(jù)。那(nà)么(me)小伙(huǒ)伴们，你们觉得暗物(wù)质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞，你的支持是我更新的动力！

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